Projekt Technologiczny Stacji Uzdatniania Wody z ujęcia studziennego R-4 w Rząsce str.1 Spis treści: 1. Przedmiot opracowania 2. Podstawa i zakres opracowania 3. Opis rozwiązań projektowych 4. Dobór urządzeń Spis rysunków: Nr tytuł skala 1/T Plan sytuacyjny 1:250 Rzut i przekrój pionowy przez SUW 2/T (wariant I) Filtr ciśnieniowy stalowy z włazami 3/T zasypowymi 1:25 1:20
Projekt Technologiczny Stacji Uzdatniania Wody z ujęcia studziennego R-4 w Rząsce str.2 I. Opis techniczny do projektu technologicznego instalacji uzdatniania wody w Rząsce z ujęcia studziennego R-4 1. Przedmiot opracowania Przedmiotem opracowania jest projekt budowy Stacji Uzdatniania Wody w Rząsce z ujęcia studziennego R-4, które jest zlokalizowane na terenie wsi Rząska. Obecnie wieś Rząska jest zaopatrywana w wodę z wodociągu miejskiego miasta Krakowa przez jej zakup. PowyŜszą stację projektuje się w celu obniŝenia ceny uzysku wody. 2. Podstawa i zakres opracowania 2.1. Podstawa opracowania - umowa- zlecenie PUK Zabierzów nr. 6/ 2007 z dnia 19. 07.2007 - materiały wyjściowe Do opracowania projektu wykorzystano następujące materiały wyjściowe: - Ocena podatności wody podziemnej z ujęcia R-4 w Rząsce na odŝelazianie i odmanganianie badania dr inŝ. Przemysława Kułakowskiego, Politechnika Krakowska - wytyczne i normy projektowania - literatura techniczna 2.2. Zakres opracowania Opracowanie obejmuje: Dobór urządzeń do uzdatniania i dezynfekcji wody Zabudowa w/w instalacji w kontenerze ocieplonym instalacja elektryczna dla w/w instalacji. 2.3. Produkty Efektem realizacji projektu będzie Stacja Uzdatniania Wody z ujęcia studziennego R-4 w Rząsce, dla potrzeb komunalnych w ilości 17 m 3 / h, dostosowana do potrzeb Przedsiębiorstwa Usług Komunalnych w Zabierzowie. Ciśnienie statyczne w ciągu dnia wynosi 2,5 atm.
Projekt Technologiczny Stacji Uzdatniania Wody z ujęcia studziennego R-4 w Rząsce str.3 Ze względu na jakość ujmowanej wody w projektowanej stacji przewidziano instalację do odŝelaziania wody składającą się z układu: - Instalacja nasycania wody powietrzem przez napowietrzanie ciśnieniowe w hydroforze, - Filtry ciśnieniowe 3 jednostki filtracyjne, - Odpowietrzanie wody przez separator powietrza z automatycznym odpowietrznikiem umieszczonym na rurociągu wody przefiltrowanej, - Dezynfekcja wody podchlorynem sodu. 3. Opis rozwiązań projektowych Wydajność SUW: Przepływ godzinowy : Q h = 17 m 3 /h = wydajności studni Przepływ dobowy : Q d = 265-300 m 3 /d Przepływ sekundowy: Qh Q s = m 3 /s = 4,7dm 3 /s 3600 Ocenę jakości ujmowanej wody oparto na analizach dostarczonych przez Zleceniodawcę. Analiza jakości wody ujmowanej: wskaźnik norma wody Wymagany proces jednostka woda surowa jakości wody pitnej uzdatniania temperatura C - barwa g Pt/m 3-15 mętność NTU - 1 ph - 7,65 6,5-8,5 zasadowość g CaCO 3 /m 3 387 - Ŝelazo g Fe/m 3 3,06 0,2 odŝelazienie mangan g Mn/m 3 0,055 0,05 chlorki g Cl/m 3-250 amoniak g NH 3 /m 3-0,5 utlenialność g O 2 /m 3-5,0 miano coli - <100 Profil. dezynfekcja Jak wynika z analizy woda wykazuje ponadnormatywną zawartość Ŝelaza, mangan praktycznie mieści się w normie, w związku z czym przewidziano: a) napowietrzanie wody,
Projekt Technologiczny Stacji Uzdatniania Wody z ujęcia studziennego R-4 w Rząsce str.4 b) filtrację jednostopniową na filtrach ciśnieniowych, c) dezynfekcję podchlorynem sodu. Ze względu na niskie przekroczenie zawartości manganu w wodzie surowej niepotrzebne jest stosowanie specjalistycznych złóŝ katalitycznych pokrytych tlenkami manganu. Filtry wypełnione są złoŝem kwarcowym przystosowanym do usuwania Ŝelaza. Jest to materiał pochodzenia naturalnego o duŝej twardości. Jego główny składnik stanowi dwutlenek krzemionki. Zaletą tego złoŝa jest duŝa wytrzymałość mechaniczna. OdŜelazianie polega na przeprowadzeniu związków Ŝelaza łatwo rozpuszczalnych w wodzie w związki trudno rozpuszczalne, które są zatrzymywane na złoŝu filtracyjnym. ZłoŜe kwarcowe umoŝliwia wytworzenie tlenków Ŝelaza na powierzchni ziaren absorbentu (wpracowanie złoŝa). Następuje wówczas sorpcja wodorotlenku Ŝelazawego i Ŝelazowego w górnych warstwach złoŝa. Ułatwiona staje się flokulacja cząstek wodorotlenku Ŝelazawego, ich sedymentacja i filtracja. ZłoŜa kwarcowe (przed podaniem na złoŝe surowa woda wymaga wcześniejszego napowietrzenia, dlatego zastosowanie znajdują jedynie w przypadku, gdy zamontowany jest hydrofor-napowietrzacz)- działanie ma charakter filtracji mechanicznej; regeneracja następuje poprzez płukanie strumieniem wstecznym. 3.1 Napowietrzanie wody w zbiorniku ciśnieniowym- hydroforze. Napowietrzanie wody w zbiorniku ciśnieniowym odbywa się za pomocą zamontowanego na rurociągu wlotowym ejektora zasysającego powietrze z przestrzeni poduszki powietrznej zbiornika. W ejektorze powietrze zostaje bardzo dokładnie wymieszane i rozpuszczone w wodzie przy ciśnieniu 3,5 4,0 bar. Rozpuszczenie w wodzie, ułatwia utlenienie Ŝelaza Fe 2+ do Fe 3+. 3.2 Filtracja- odŝelazianie- odmanganianie. 3.2.1 Opis procesu odŝelaziania Istota odŝelaziania polega na utlenieniu jonów Fe (II) do Fe (III) przez napowietrzanie i usuwanie wytrąconych związków Fe(OH) 3 w procesie filtracji. W przypadku napowietrzania wody jony Fe(II) utleniane są tlenem rozpuszczonym w wodzie zgodnie z reakcją:
Projekt Technologiczny Stacji Uzdatniania Wody z ujęcia studziennego R-4 w Rząsce str.5 4Fe ( 2+ ) + O2 + 10H2O = 4Fe(OH)3 + 8H (+) a) niezbędna ilość tlenu potrzebna na utlenienie Ŝelaza zawartego w ujmowanej wodzie Jak wynika z powyŝszej reakcji teoretyczna ilość tlenu potrzebna na utlenienie jonów Fe 2+ do Fe 3+ wynosi 0,14 go 2 / 1g Fe Obliczenia: Ilość tlenu potrzebna na utlenienie Ŝelaza 1 mol O 2 ( 32 g ) zajmuje w warunkach normalnych 22, 4 dm 3 0,14 g zajmuje objętość równą 0,1dm 3 Zawartość Ŝelaza w ujmowanej wodzie wynosi 3,06 ( przyjeto 3, 0 g /m 3 ) Przepływ 17 m 3 / h W analizowanym przypadku wymagana ilość powietrza wynosi: 17 m 3 /h x 3, 0 x 0,0001 m 3 = 0,005 m 3 / h = 5,1 dm 3 /h Ilość powietrza na dobę 0,12 m 3 / d 3.2.2 Dobór parametrów technologicznych pracy a) napowietrzanie Wymagana ilość powietrza potrzebna do utlenienia danej zawartości Ŝelaza wynosi 0,005 m 3 / h = 0,3 m 3 / min Projektuje się spręŝarkę o następującej charakterystyce: - wydajność 0,41 m 3 /min - ciśnienie 7,5 bar - moc silnika 3,0 kw b) filtracja Wymagana powierzchnia filtrów ze złoŝem kwarcowym dla analizowanej wody przy załoŝonej wydajności godz Qgodz =17 m 3 /h przy prędkości filtracji V filtracji = 7 12m/h F = Qgodz / V min filtracji = 17 m 3 /h / 12 m/h = 1,42 m 2 Przyjęto trzy jednostki /filtry ciśnieniowe/ stalowe o średnicy 0,8 [m] o powierzchni jednostkowej F 1 = 0,5 m 2 Stąd powierzchnia trzech filtrów 0,5 m 2 x 3= 1.5 m 2 > 1,42 m 2
Projekt Technologiczny Stacji Uzdatniania Wody z ujęcia studziennego R-4 w Rząsce str.6 Nominalna prędkość filtracji V f = 17 [m 3 /h] / 1,5 [m 2 ]= 11,3[ m/h ]< 12 [m/h] Płukanie filtrów odbywa się za pomocą drenaŝy rurowych przy uŝyciu wody ze studni. Płukanie powoduje 40% ekspansje wypełnienia. Intensywność płukania 20-35 m 3 /m 2 h. Płukanie złoŝa rozpoczyna się przy wysokości strat 0,5 m. Uwaga: płukanie powoduje praktycznie skierowanie całej wydajności ujęcia (pompy) na filtr płukany, więc moŝe się odbywać tylko w porze nocnej ( 2 00-4 00 ) Wymagana wydajność płukania jednego filtra : minimalna Q płukania = 20 m/h * 0,635m 2 = 12,7 m 3 /h maksymalna Q płukania = 35 m/h * 0,635 m 2 = 22,2 m 3 /h Z uwagi na wydajność studni przyjęto Q pł = 17 m 3 /h Czas płukania filtra zakłada się około 10 min. Ilość wody potrzebna na płukanie jednego filtra (przy maksymalnej wydajności płukania) V pł = 17,0 m 3 /h x 0,16 h = 2,7 m 3 Przyjęto płukanie filtrów pojedyncze przy braku poboru wody z pozostałych dwóch filtrów (rozbiór wody minimalny w nocy). Wydajność trzech filtrów przy prędk. max F max = 12 m/h /max prędkość filtracji dopuszczalna z uwagi na usuwanie manganu/. Q max = 12 x 1,5 =18m 3 /h > 17m 3 /h /zasoby expl. studni/ Przyjęto 17 m 3 /h 3. Dezynfekcja Po przeanalizowaniu sytuacji korzystnym sposobem dezynfekcji jest: -dezynfekcja podchlorynem sodu. Podchloryn będzie dawkowany do wody za pomocą pompy membranowej dawkującej. Dawkowanie będzie odbywać się proporcjonalnie do przepływu. Wymagane efekty chlorowania : ilość chloru pobrana do analizy w najbliŝszym w stosunku do SUW punkcie poboru powinna się zawierać pomiędzy 0,3 do 0,5 mg Cl/ l, ilość chloru na najdalszych punktach poboru w celu zapewnienia dezynfekcji sieci wodociągowej winna wynosić min 0,1 mg Cl/l. Dawkę wtłaczanego podchlorynu ustala się kontrolując ilość chloru za pomocą zestawu polowego do ustalania zawartości.
Projekt Technologiczny Stacji Uzdatniania Wody z ujęcia studziennego R-4 w Rząsce str.7 4. Dobór i opis rozwiązań 4.1 Zamontowana pompa głębinowa istniejąca ( w studni głębinowej) Jest to pompa firmy Hydro Vacuum typ GBA 2-10 1.1 o wydajności Q= 17 m 3 /h i H= 65 mh 2 O (opis i charakterystyka pompy w załączniku). Przyjęto sterowanie pompy wyłącznikiem ciśnieniowym w hydroforze. Ze względu na wystarczające ciśnienie w sieci (2,5 atm) zbędne jest zastosowanie hydroforu na wyjściu. Ciśnienie statyczne jest wystarczające do rozprowadzenia wody w sieci. 4.2 Hydrofor instalacja do napowietrzania Przyjęto napowietrzanie wody z zastosowaniem saturacji ciśnieniowej ejektorem strumieniowym do hydroforu, uwolnienie powietrza w separatorze i wyrzut przez odpowietrznik. Przyjęto: a/ ejektor do saturacji ciśnieniowej, dla parametrów: Przepływ wody do 17 m 3 /h Ilość zasysanego powietrza min 0,005 m 3 /h Zasysanie powietrza z przestrzeni powietrznej hydroforu ZałoŜona strata ciśnienia na ejektorze 1,0 bar b/ zbiornik hydroforowy o pojemności 2,0m 3 i średnicy Dn=1200 [mm] i wysokości H= 2450mm, stalowy. 4. Filtry ciśnieniowe Ze względu na wydajność ujęcia i zawartość w ujmowanej wodzie związków Ŝelaza w celu optymalnego zrealizowania procesu filtracji przyjęto trzy filtry ciśnieniowe stalowe Wymiary urządzenia: d- średnica = 0,8[m] c- wysokość całkowita =2,29 [m] Przekrój przez warstwy filtra wysokość zbiornika filtra 235 cm warstwa podtrzymująca Ŝwirowa 15 cm warstwa złoŝa kwarcowego 90cm warstwa antracytu 30 cm wylot górny ze zbiornika zabezpieczony sitem szczelinowym
Projekt Technologiczny Stacji Uzdatniania Wody z ujęcia studziennego R-4 w Rząsce str.8 Charakterystyka przy napełnieniu złoŝem filtracyjnym kwarcowym jm 1 filtr 2 filtry 3 filtry Wydajność nominalna (10 m 3 /h) [m 3 /h] 5,0 10 15 Wydajność max (12 m 3 /h) [m 3 /h] 6,0 12,0 18,0 Ilość złoŝa [dm 3 ] 650 1300 1950 Przepływ przy płukaniu( 35 m/h) [m 3 /h] 22,8 - - Ciśnienie pracy [bar] 6 Temp. pracy [ 0 C] 1 38 Przyłącze hydrauliczne [cal] 2 Powierzchnia filtracji [m 2 ] 0,5 1,0 1,5 Przyjęto filtry ciśnieniowe stalowe ze stali niskowęglowej. Orurowanie przyjęto z rur PCV ciśnieniowych klejonych. Jest to konstrukcja prosta i niezawodna w eksploatacji. Na miejscu montaŝu filtry wymagają zasypania złoŝa filtracyjnego i wykonania orurowania. Uwaga: Projektuje się filtry z włazami zasypowymi z góry i z boku. W celu zapewnienia prawidłowego równego rozdziału wody na filtry projektuje się wodomierze impulsowe na rurociągach wody przefiltrowanej po kaŝdym z filtrów z podłączeniem impulsowym do sterownika logicznego SL. KaŜdy filtr wyposaŝony jest w automatyczny system realizacji cyklu płukania składający się z pięciu elektrozaworów i sterownika. Pracę zestawu trzech filtrów nadzoruje sterownik zarządzający kolejnością płukania i otwieraniem elektrozaworów wody płucznej. 4.4 Dezynfekcja Ze względów sanitarnych przyjęto zainstalowanie dawkowników podchlorynu sodu do instalacji czystej wody na potrzeby dezynfekcji sieci wodociągowej. Zastosowano dawkowniki sterowane impulsami z wodomierza impulsowego wody czystej po filtrach przetworzonymi przez sterownik logiczny. Wydajność kaŝdego z dawkowników max 12 [l/h]. Ciśnienie do 6 bar (0,6 Mpa) w dawkowniku.
Projekt Technologiczny Stacji Uzdatniania Wody z ujęcia studziennego R-4 w Rząsce str.9 4.5 Instalacja elektryczna Projekt elektryczny opracowanie branŝowe obejmuje: -zasilanie ujęcia wody pompy głębinowej ze SUW -kable sterownicze pomiędzy ujęciem a SUW -zasilanie SUW z sieci wewnętrznej do rozdzielni głównej SUW -zasilanie urządzeń SUW -okablowanie urządzeń sterowanych ze Sterownika Logicznego -okablowanie urządzeń przekazujących sygnały do Sterownika Logicznego oświetlenie SUW i wejścia. 5. Wytyczne do realizacji 5.1. Ogólne Stację Uzdatniania Wody zaprojektowano w kontenerze ocieplonym o wymiarach 280x 635 i wysokości 300 [cm]. SUW projektuje się włączyć w istniejącą strukturę: -istniejące ujecie studzienne wody (R-4) w Rząsce -przesył wody czystej do istniejącej sieci wodociągowej z zbiornikiem wieŝowym -zrzut wód popłucznych do istniejącej sieci kanalizacyjnej przyległej do kontenera SUW. 5.2 Technologia Ujęcie wody - pompa głębinowa Hydro Vacuum typ GBA 2-10 1.1 zamontowana w studni głębinowej. Pompa sterowana jest wyłącznikiem ciśnieniowym zamontowanym w hydroforze oraz na dyspozycję płukania filtrów- czas załączenia i długość między płukaniami określona w nastawach sterownika logicznego filtrów MontaŜ SUW przyjęto na miejscu posadowienia. MontaŜ urządzeń przyjęto w ciągu technologicznym od dostawy wody z ujęcia do hydroforu poprzez ciąg filtrów i dezynfekcji wzdłuŝ ścian kontenera. Urządzenia mocowane do podłogi lub ścian kontenera. MontaŜ urządzeń: - uzupełnianie poduszki powietrza spręŝonego w hydroforze ze spręŝarki -elektrozawór sterowany z SL otwiera dopływ powietrza ze zbiornika spręŝarki /ciśn.4,5-6,0 bar/ do hydroforu przy podniesieniu poziomu zwierciadła,
Projekt Technologiczny Stacji Uzdatniania Wody z ujęcia studziennego R-4 w Rząsce str.10 - wodomierz impulsowy wody surowej na rurociągu wody surowej zamontować wodomierz impulsowy φ 80 mm o częstości impulsów co /100 l wody lub (1000 l wody) przewód impulsowy podłączyć do SL - hydrofor ejektor do napowietrzania - zaprojektowany hydrofor pojemności 2,0 m 3 naleŝy zamontować na podłodze kontenera, uzgodnić z dostawcą kontenera posadowienie nóg względem konstrukcji, - przyjęto wykonanie orurowania z rur PVC lub PE klejonych lub zgrzewanych do hydroforu doprowadzić spręŝone powietrze ze spręŝarki o wydajności 0,41 m 3 /min i ciśnieniu 7,5 bar, - hydrofor wyposaŝyć w elektrozawór do upustu nadmiaru powietrza, wylot naleŝy skierować w kierunku nie zagraŝającym Ŝadnym urządzeniom w szczególności elektrycznym /w powietrzu znajdują się zawsze resztki wody/. filtry ciśnieniowe nr.1, nr.2 i nr.3 -zbiorniki filtrów wykonane z stali niskowęglowej ustawić na podłodze kontenera na podkładkach gumowych gr. 2mm, zbiorniki po zasypaniu złoŝem i zalaniu wodą stoją samodzielnie i nie ma potrzeby ich mocowania w kontenerze stacjonarnym, -filtry zasypać złoŝem wg zaleceń dostawcy złoŝa, zasypu dokonuje się warstwami co 0,25 m do filtra napełnionego wodą. KaŜdą warstwę naleŝy przepłukać po zasypaniu na sterowaniu ręcznym, - wykonać kolektor wody płucznej od filtrów podłączony do kanalizacji sanitarnej przy kontenerze. separator powietrza z odpowietrznikiem Separator zamontować na rurociągu wody przefiltrowanej. Separator naleŝy zamontować na konstrukcji wsporczej na ścianie kontenera. mgr inŝ. Stanisław Zawadzki